VQuality: Uma Biblioteca Multiplataforma para Avaliação de Qualidade de Chamadas Telefônicas IP

VQuality: Uma Biblioteca Multiplataforma para Avaliação de Qualidade de Chamadas Telefônicas IP Leandro C. G. Lustosa, Paulo H. de A. Rodrigues, Fabio David, Douglas G. Quinellato Laboratório de Voz Sobre IP – Núcleo de Computação Eletrônica Universidade Federal do Rio de Janeiro (NCE/UFRJ)* Caixa Postal 2324 – 20001-970 – Rio de Janeiro – RJ – Brasil {leandro,aguiar,fabio,douglasq}@nce.ufrj.br Abstract. A multiplataform library capable of E-Model objective voice quality evaluation and CDR generation of VoIP calls is presented. Its characteristics of portability and extensibility are described. The incorporation of this library into the OpenPhone H323 client is shown, and also presented changes in the OpenH323 library for its conformation to the RTP/RTCP standard. The VQuality library is the basis for the deployment of a voice quality monitoring architecture for VoIP communications systems. Resumo. Uma biblioteca multiplataforma para avaliação objetiva de qualidade de voz baseada no Modelo E e capaz de gerar CDR de chamadas telefônicas IP é apresentada. Suas características de portabilidade e flexibilidade são descritas. A incorporação desta biblioteca ao cliente OpenPhone é mostrada, e é relatado uma alteração no código da biblioteca OpenH323 para sua adequação aos padrões do protocolo RTP/RTCP. A VQuality é a base para a implantação de uma arquitetura para monitoração de qualidade de sistemas de comunicação baseados em VoIP.

1. Introdução Informações de qualidade são extremamente valiosas para o monitoramento de um sistema de comunicação baseado em voz sobre IP (VoIP), auxiliando na detecção de problemas, na validação de novas configurações e no acompanhamento do grau de satisfação dos usuários. Entretanto, os clientes VoIP, tanto baseados em software ou em hardware, disponíveis hoje no mercado, não possuem mecanismos para fornecer indicação adequada da qualidade das chamadas. Um esforço para a implementação de uma arquitetura que oferecesse tais mecanismos foi o desenvolvimento da MOBVEM (Modified OpenH323 Based Voice Evaluation Module) [1], biblioteca capaz de obter a avaliação objetiva da qualidade

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Pesquisadores parcialmente suportados com recursos do GT-VoIP Avançado, grupo de trabalho mantido pela RNP. Paulo H. de A. Rodrigues é também professor do Departamento de Computação/IM da UFRJ.

utilizando o Modelo E [2], e extensões a este modelo [1,3]. A MOBVEM extrai as informações objetivas de qualidade a partir de um log detalhado, que é gerado por uma versão modificada da biblioteca OpenH323 [4] que registra todos os eventos relacionados à recepção e transmissão de pacotes RTP e RTCP [5]. Entretanto, embora ofereça os requisitos necessários para uma ferramenta de medições de qualidade de voz em ambientes de teste, a MOBVEM possui limitações que inviabilizam sua adoção para medições em ambientes de produção. Implementada em Perl, sofre a ineficiência de desempenho inerente a uma linguagem interpretada e não oferece uma API (Application Programming Interface) para integração com outros softwares. Outra limitação, associada à biblioteca OpenH323, é a dificuldade da obtenção do atraso na rede, já que o cálculo de RTT (Round Trip Time) não é implementado por sua pilha RTP. Para estimar o RTT, a MOBVEM necessita analisar simultaneamente os logs gerados pelo transmissor e pelo receptor, inviabilizando, assim, a análise da qualidade em tempo real e a possibilidade de realizar medições com clientes não baseados na OpenH323 modificada. Objetivando superar estas limitações e ter a perspectiva da criação de clientes VoIP com capacidade de obtenção de parâmetros de qualidade e geração de registros de detalhamento da chamada (CDR, ou Call Detailed Record), foi desenvolvida a biblioteca Voice Quality (VQuality), que permite a criação de uma arquitetura de coleta de CDRs capaz de obter indicadores de qualidade diretamente dos telefones IP [7]. O artigo está estruturado da seguinte forma. Na seção 2, é descrita a arquitetura da VQuality. Na seção 3 são comentadas as modificações realizadas na OpenH323 e é apresentado o VQOpenPhone, cliente OpenPhone modificado com a incorporação da nova biblioteca. Finalmente, as conclusões são apresentadas na seção 4.

2. Biblioteca VQuality A biblioteca VQuality foi desenvolvida com técnica de orientação a objetos, oferecendo ampla facilidade de extensão, seja para suportar novos modelos de avaliação objetiva de qualidade de voz, seja para ser portada para novos sistemas operacionais ou para ser integrada a diferentes pilhas de sinalização VoIP. A portabilidade é resultado do uso de C/C++ padrão, exceto pelas funções de sockets TCP e threads, que são implementadas diferentemente em cada arquitetura. Foi desenvolvida uma implementação própria da função sockets TCP, compatível tanto com sistemas Windows quanto com sistemas baseados em Unix. Para o tratamento de threads é utilizada a biblioteca Pthreads-win32 [6], que permite que sistemas Windows compilem código baseado na API de Pthreads, padrão para sistemas Unix. O resultado é um código flexível, que pode ser compilado tanto em Linux, FreeBSD e Windows. Uma funcionalidade importante introduzida pela VQuality é a capacidade de envio de CDR com indicadores referentes à qualidade de voz recebida, além de parâmetros de identificação da chamada e terminais envolvidos, bem como a possibilidade de inclusão de um relatório contendo o histórico da variação da qualidade ao longo da chamada. O CDR é enviado para uma entidade central, denominada VQCDR Server [7], que verifica a autenticidade do CDR e o reenvia para um servidor RADIUS. A comunicação com o VQCDR Server é realizada, a princípio, via protocolo TCP na porta 80, facilitando sua convivência com firewalls. O CDR da VQuality,

denominado VQCDR (Voice Qualily Call Detailed Record), possui um formato próprio, cuja estrutura detalhada é apresentada em [7]. A Figura 1 ilustra a arquitetura da VQuality, que é composta por três módulos, descritos a seguir: Parser Module (PM): Recebe da pilha de protocolos VoIP do cliente os parâmetros necessários para o cômputo dos modelos objetivos de avaliação de qualidade de voz. Voice Quality Evaluation Module (VQEM): Aciona o PM para obter os parâmetros coletados da pilha de protocolos VoIP e realiza a avaliação da qualidade. Estes parâmetros são referentes ao tamanho do buffer de compensação de jitter, RTT, identificação de codificador de áudio e eventos de recepção, perdas e descarte de pacotes no buffer de compensação de jitter. VQCDR Generation Module (VGM): Aciona o VQEM para obtenção dos parâmetros referentes à qualidade da voz computados, e juntamente com os dados de identificação da chamada e dos terminais envolvidos, obtidos diretamente do cliente VoIP, monta o VQCDR e o envia para o VQCDR Server. Telefone IP Pilha de 0 Protocolo VoIP

VQuality Parser Module

VQCDR

Voice Quality Evaluation Module

VQCDRServer

VQCDR Generation Module

Figura 1: Arquitetura da biblioteca VQuality

Deve existir um PM específico para cada implementação de pilha de sinalização VoIP, assim como deve existir um VQEM para cada modelo de avaliação objetiva. Dessa forma, para integrar a VQuality a um cliente VoIP, é necessário incluir o VGM em seu código, e criar um PM específico, caso não exista. De forma análoga, para adicionar um novo modelo de avaliação, é requerido criar um novo VQEM.

3. Integração da VQuality com a Biblioteca OpenH323 Visando a integração da VQuality ao OpenPhone, cliente VoIP de domínio público, foi desenvolvido um PM específico para a OpenH323. Entretanto, a OpenH323 não fornece todos os parâmetros que o VQEM necessita para avaliar a qualidade da chamada, já que sua implementação da pilha RTP/RTCP não é completa. Desta forma, foi realizada uma série de alterações na biblioteca OpenH323 para implementar o mecanismo de cálculo de RTT em sua pilha RTP/RTCP, conforme especificado na RFC 3550 [5]. A Figura 2 mostra o VQOpenPhone, fruto da integração da VQuality ao OpenPhone. No visor é apresentado, ao final da chamada, o nível de qualidade da voz recebida em MOS (Mean Opinion Score). Uma vez tendo a biblioteca OpenH323 integrada à VQuality, o desenvolvimento do VQOpenPhone foi simples e direto.

Figura 2: VQOpenPhone

4. Conclusões A biblioteca VQuality foi concebida visando portabilidade, flexibilidade e facilidade de extensão. Além de permitir a avaliação da qualidade da voz imediatamente após o término de uma ligação, a VQuality gera ainda o registro detalhado da chamada (CDR), e é a base para a implantação de uma arquitetura para a monitoração de sistemas VoIP. A biblioteca OpenH323 foi alterada para sua adequação aos padrões do protocolo RTP/RTCP. E o cliente OpenPhone, baseado nesta biblioteca, foi integrado à VQuality, resultando em um cliente denominado VQOpenPhone, capaz de obter a avaliação objetiva da qualidade de voz e de emitir CDRs. Como trabalho subseqüente, a portabilidade da biblioteca VQuality para clientes SIP de código aberto será realizada. Telefones IP em hardware também poderão ser utilizados, desde que o fabricante permita a recompilação do ambiente do equipamento.

5. Referências [1] Lustosa, L.C.G., Carvalho, Rodrigues, P.H.A., Mota, S. E., Utilização do Modelo E para avaliação da qualidade da fala em sistemas de comunicação baseados em voz sobre IP, em: Anais do XXII SBRC. Gramado, maio 2004. [2] ITU-T Recommendation G.107. The E-Model, a computational model for use in transmission planning. Genève, mar. 2003. [3] ETSI TS 102 024-5 v4.1.1. Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks Release 4; End-to-end Quality of Service in TIPHON systems; Part 5: Quality of Service (QoS) measurement methodologies. set. 2003. [4] OpenH323. Disponível em http://www.openh323.org/. Acesso em dez. 2004. [5] Schulzrinne, H. Casnet, S., Frederick, R., Jacobson, V. RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications. RFC 3550, jul. 2003. [6] PThreads-Win32. Open Source POSIX Threads for Win32. Disponível em http://sources.redhat.com/pthreads-win32/. Acesso em dez. 2004. [7] Lustosa, L.C.G., Rodrigues, P.H.A., David, F., Quinellato, D. G. Arquitetura de Monitoração de Qualidade de Chamadas Telefônicas IP, Em submissão no XXIII SBRC, dez. 2004.